(57)【要約】【課題】  輝度や視認性の向上及び消費電力低減を可能とした表示装置及び表示装置の製造方法並びに表示素子を備えた電子機器を提供する。【解決手段】  バックライト３から出射されて液晶表示パネルを透過する透過光が、液晶表示パネルの透明電極２４又は表示面２ａの法線に対して、所定角度の指向性を有して液晶表示パネルから出射される構成としている。これにより、表示素子を観察する使用者の観察角度の範囲に合わせて、液晶表示パネルからの出射光の角度を設定することが可能となる。従って、バックライト３の出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができ、また、表示素子をモバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。【選択図】    図４
2007025110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置された表示素子であって、
前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して、所定角度の指向性を有して前記液晶表示パネルから出射されることを特徴とする表示素子。
【請求項２】
前記指向性が表示素子の観察方向に向けられてなることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光の角度が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して−１０°以上３０°以下の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の表示素子。
【請求項４】
前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、集光手段が前記画素電極とが対応配置するように設けられており、
前記集光手段は、該集光手段の焦点軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して平行にオフセットするように配置され、
前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記集光手段で集光するように構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項５】
前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、集光手段が前記画素電極とが対応配置するように設けられており、
前記集光手段は、該集光手段の焦点軸が、前記光透過表示部の中心部の法線に対してオフセット角度を有するように傾斜配置され、
前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記集光手段で集光するように構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項６】
前記画素電極の各々における前記光透過表示部の面積が、前記画素電極に対する面積比で５〜９０％の範囲であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項７】
前記画素電極の各々における前記光透過表示部の面積が、前記画素電極に対する面積比で１０〜８０％の範囲であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項８】
前記バックライトの出射光は、該バックライトの出射面の法線に対する角度が±２０°の範囲であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項９】
前記バックライトの出射光は、該バックライトの出射面の法線に対する角度が±１０°の範囲であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１０】
前記集光手段が、前記液晶表示パネルの他方の基板の下面に形成されていることを特徴とする請求項４〜９の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１１】
前記集光手段は、マイクロレンズアレイ、レンチキュラーレンズ、フルネルレンズ、屈折率分布レンズの何れかであることを特徴とする請求項４〜１０の何れかに記載の表示素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載の表示素子を備えた電子機器。
【請求項１３】
対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置され、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、マイクロレンズアレイが、各マイクロレンズと前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記マイクロレンズの各々は、該マイクロレンズのレンズ軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対し、平行にオフセットするように配置されるか、又は、オフセット角度を有するように傾斜配置されており、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記マイクロレンズで集光するように構成したことを特徴とする表示素子の製造方法であって、
前記マイクロレンズアレイを、前記他方の基板の前記バックライト側の面に感光性屈折率変化材料を塗布した後、該感光性屈折率変化材料をマスク露光することによって形成したことを特徴とする表示素子の製造方法。
【請求項１４】
対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置され、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、マイクロレンズアレイが、各マイクロレンズと前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記マイクロレンズの各々は、該マイクロレンズのレンズ軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して、平行にオフセットするように配置されるか、又は、オフセット角度を有するように傾斜配置されており、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記マイクロレンズで集光するように構成したことを特徴とする表示素子の製造方法であって、
前記マイクロレンズアレイを、前記他方の基板の前記バックライト側の面に透明樹脂をインクジェット塗布することによって形成することを特徴とする表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを照明するバックライトを備えた表示素子及び表示素子の製造方法並びに表示素子を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子の分野においては、消費電力の低減が強く要求されており、画素の領域をできるだけ大きくして表示の明るさを向上することが求められている。このため、アクティブマトリクス基板全面に厚膜の絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に反射型の画素電極を形成したものが実用化されている。このように、絶縁膜上に画素電極を上置きする構造のものでは、絶縁膜下層に配された走査線や信号線等と上層に配された画素電極との間で電気的な短絡を生じない構成を採用できるため、これら配線上にオーバーラップさせるように広い面積で画素電極を形成することが可能となる。これにより、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴと略記する）等のスイッチング素子や走査線，信号線の形成された領域を含めてほとんど全てを表示に寄与する画素領域とすることができ、開口率を高めて明るい表示を得ることができる。
【０００３】
また、反射型の画素電極を用いた液晶表示形態のみでは暗所での使用ができないため、液晶表示素子にバックライトを併設し、反射型液晶表示素子を部分的に透過表示可能な構成とした半透過反射型の液晶表示素子も広く使用されている。
半透過反射型の液晶表示素子では、１つの画素内を光透過表示部と光反射表示部に分割しているため、例えば、光反射表示部の面積を増やそうとすると光透過表示部の面積を減らす必要がある等、透過と反射の双方の表示形態でトレードオフの関係となる。このため、光透過表示部の面積を狭く設定した場合に、液晶表示素子の輝度ムラが生じる虞があった。
【０００４】
半透過反射型の液晶表示素子をバックライトによって透過表示した際の輝度ムラを無くすため、半透過型ＴＦＴ液晶表示パネルとバックライトとの間にマイクロレンズアレイを配置し、バックライトの上面にプリズムシートを取り付けたものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１０７５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の液晶表示素子では、液晶表示パネルとバックライトの間に配置したマイクロレンズアレイにより、強い指向性を持った光を前記光透過表示部に照射するように構成されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の液晶表示素子では、マイクロレンズアレイをなす複数のレンズの内の１個のレンズと、液晶表示パネルの１個の光透過表示部とを対応させて集光するのみの構成であり、マイクロレンズアレイによって集光されたバックライトの出射光は、狭い角度で拡散することになる。このため、液晶表示パネル表示面の法線方向では輝度が高く良好な視認性が得られるものの、液晶表示パネル表示面において高い輝度が得られる視野角が狭いという問題があった。
液晶表示パネル表示面に拡散板を設けることによって視野角を改善することもできるが、外光散乱が増加してコントラストが低下する等、使用者の観察角度範囲外にも出射光が拡散するために、使用者が観察する方向の輝度が低下し、バックライト出射光をマイクロレンズアレイによって集光した効果が低下しまうという問題があった。
【０００７】
液晶表示素子が用いられる携帯電話等のモバイル機器では、使用者が手に持って使用、観察することが多いため、使用者からの観察角度が、主として液晶表示パネル表示面法線の下方向に限定される。このため、表示面法線付近の角度範囲のみ液晶表示素子の輝度が高くても、実際には、使用者は高い視認性を得られていないという問題があった。
また、モバイル機器に用いられる直視型の液晶表示素子にでは、液晶表示パネルに偏光板を貼り付けて使用されることが多いが、偏光板を基板に貼り付ける際に用いる接着剤によって光の屈折が生じるため、使用者からの視認性がさらに低下してしまう虞があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、半透過反射型、又は透過型の液晶表示素子において、バックライト出射光が液晶表示パネルを透過する際の角度を最適化し、輝度や視認性の向上及び消費電力低減を可能とした表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置された表示素子であって、前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して、所定角度の指向性を有して前記液晶表示パネルから出射されることを特徴とする表示素子を提供する。
【００１０】
上述の構成によれば、液晶表示パネルからの出射光の角度を、指向性を有した設定することができ、バックライト出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができる。
【００１１】
本発明の表示素子では、前記指向性が表示素子の観察方向に向けられてなることが好ましい。
【００１２】
上述の構成により、使用者からの観察角度の範囲に合わせて、出射光の角度を設定することが可能となり、表示素子をモバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する。
【００１３】
本発明の表示素子では、前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光の角度が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して−１０°以上３０°以下の範囲内であることが好ましい。
【００１４】
透過光の角度を上述の範囲内とすることにより、使用者からの表示素子の観察角度に合わせた設定とすることが可能となる。
【００１５】
本発明の表示素子では、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、集光手段が、該集光手段と前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記集光手段は、該集光手段の焦点軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して平行にオフセットするように配置され、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記集光手段で集光するように構成しても良い。
【００１６】
また、本発明の表示素子では、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、集光手段が、該集光手段と前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記集光手段は、該集光手段の焦軸が、前記光透過表示部の中心部の法線に対してオフセット角度を有するように傾斜配置され、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記集光手段で集光するように構成しても良い。
【００１７】
上述の構成により、バックライト出射光を、光透過表示部又は液晶表示パネル表示面の法線に対して所定の角度を有した光として、液晶表示パネルを透過させることができ、表示素子を観察する使用者が、表示面を観察する視認性が大きく向上する。
【００１８】
本発明の表示素子では、前記画素電極の各々における前記光透過表示部の面積が、前記画素電極に対する面積比で５〜９０％の範囲であることが好ましく、１０〜８０％の範囲であることがより好ましい。
【００１９】
画素電極に対する光透過表示部の面積比を上述の範囲とすることにより、表示素子の輝度が向上する。
【００２０】
本発明の表示素子では、前記バックライトの出射光は、該バックライトの出射面の法線に対する角度が±２０°の範囲であることが好ましく、±１０°の範囲であることがより好ましい。
【００２１】
バックライト出射面の法線に対する出射光の角度を上述の範囲とすることにより、液晶表示パネルの光の透過率が一層向上するという作用が得られる。
【００２２】
本発明の表示素子では、前記集光手段が、前記液晶表示パネルの他方の基板の下面に形成された構成としても良い。
【００２３】
本発明の表示素子では、前記集光手段に、マイクロレンズアレイ、レンチキュラーレンズ、フルネルレンズ、屈折率分布レンズの何れかを用いた構成としても良い。
【００２４】
本発明は、上述の表示素子を備えた電子機器を提供する。
【００２５】
本発明に係る表示素子を、モバイル機器等の電子機器等に搭載した場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する。
【００２６】
本発明は、対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置され、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、マイクロレンズアレイが、各マイクロレンズと前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記マイクロレンズの各々は、該マイクロレンズのレンズ軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対し、平行にオフセットするように配置されるか、又は、オフセット角度を有するように傾斜配置されており、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記マイクロレンズで集光するように構成したことを特徴とする表示素子の製造方法であって、前記マイクロレンズアレイを、前記他方の基板の前記バックライト側の面に感光性屈折率変化材料を塗布した後、該感光性屈折率変化材料をマスク露光することによって形成したことを特徴とする表示素子の製造方法を提供する。
【００２７】
本発明は、対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置され、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、マイクロレンズアレイが、各マイクロレンズと前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記マイクロレンズの各々は、該マイクロレンズのレンズ軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して、平行にオフセットするように配置されるか、又は、オフセット角度を有するように傾斜配置されており、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記マイクロレンズで集光するように構成したことを特徴とする表示素子の製造方法であって、前記マイクロレンズアレイを、前記他方の基板の前記バックライト側の面に透明樹脂をインクジェット塗布することによって形成することを特徴とする表示素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の表示素子では、前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して、所定角度の指向性を有して前記液晶表示パネルから出射される構成としている。
これにより、表示素子を観察する使用者の観察角度の範囲に合わせて、液晶表示パネルからの出射光の角度を設定することが可能となる。
従って、バックライト出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができ、また、表示素子をモバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。
また、本発明の表示素子では、液晶表示パネルとバックライトとの間に、集光手段が、該集光手段と液晶表示パネルの画素電極とが対応配置するように設けられ、前記集光手段の焦点軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して平行にオフセットするように配置されるか、又は、前記光透過表示部の中心部の法線に対してオフセット角度を有するように傾斜配置されており、液晶表示パネルの画素内に設けられた光透過表示部の中央部を集光点として、バックライトからの出射光を集光手段で集光するように構成している。
これにより、集光手段で集光されたバックライトの出射光を、光透過表示部又は液晶表示パネル表示面の法線に対して所定の角度を有した光として、液晶表示パネルを透過させることができ、表示素子を観察する使用者が、表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る表示素子の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる全ての図面において、説明の都合上、各構成要素の厚さや寸法比等を、適宜異なるように示している。
図１Ａ、Ｂ及び図２Ａ、Ｂ、Ｃは、本発明の表示素子の一例を説明する図であり、この表示素子１は、液晶表示パネル２と、該液晶表示パネル２を裏側から照光するバックライト３と、液晶表示パネル２とバックライト３との間に配置されたマイクロレンズアレイ（集光手段）４とで概略構成されており、バックライト３から出射されて液晶表示パネル２を透過する透過光が、液晶表示パネル２の透明電極（光透過表示部）２４、又は表示面２ａの法線に対して、所定角度の指向性を有して液晶表示パネル２から出射されるようになっている。
本実施形態の表示素子１では、バックライト３から出射されて液晶表示パネル２を透過する透過光の、液晶表示パネル２の透明電極２４又は表示面２ａの法線に対する角度Ｅが−１０°以上３０°以下の範囲内となるように構成されている（図４Ａ参照）。
【００３０】
本実施形態の表示素子１に備えられたマイクロレンズアレイ４は、図１Ａに示すように、液晶表示パネル２が有する画素電極５２内に設けられた透明電極（光透過表示部）２４に対して、該透明電極２４の中央部を集光点として、バックライト３の出射光を集光するものである。
図４Ａに示すように、表示素子１では、マイクロレンズアレイ４の各マイクロレンズのレンズ軸（焦点軸）Ｒが、透明電極２４の中心部の法線Ｓに対して、オフセット寸法Ｌだけ、平行にオフセットするように配置して構成している。
また、表示素子１に備えられた透明電極２４は、画素電極５２との面積比で５〜９０％、より好ましくは１０〜８０％の面積として構成されている。
また、本実施形態の表示素子１では、バックライト３の出射光を、該バックライト３の出射面３ａの法線Ｔに対する平均出射光角度ψを±２０°の範囲、好ましくは±１０°の範囲として出射する構成としている。
【００３１】
液晶表示パネル２は、図１Ａ、Ｂに概略構造を示すように、スイッチング素子が形成された側のアクティブマトリクス基板（下基板：他方の基板）５と、それに対して設けられた対向側の基板（上基板：一方の基板）６と、これらの基板５、６の間に基板５、６とシール材７とに囲まれて挟持されている光変調層としての液晶層８とを備えて構成されている。即ち、上述のように構成された基板５、６は、スペーサ（図示略）によって互いに一定に離間された状態で保持されるとともに、基板周辺部に熱硬化性のシール材７を塗布することにより、接着一体化されている。
【００３２】
アクティブマトリクス基板５は、図１Ａ、Ｂ、図３Ａに示すように、ガラスやプラスチック等からなる透明の基板本体５ａ上に、平面視それぞれ行方向（図３Ａのｘ方向）と列方向（図３Ａのｙ方向）に複数の走査線５ｂと信号線５ｃが相互に電気的に絶縁されて形成され、各走査線５ｂ、信号線５ｃの交差部の近傍にＴＦＴ（スイッチング素子）５１が形成されている。上記基板本体５ａ上において、画素電極５２が形成される領域、ＴＦＴ５１が形成される領域、走査線５ｂ及び信号線５ｃが形成される領域を、それぞれ画素領域、素子領域、配線領域と呼称することができる。
【００３３】
本実施形態のＴＦＴ５１は逆スタガ型の構造を有し、本体となる基板本体５ａの最下層部から順にゲート電極５３、ゲート絶縁膜５４、ｉ型半導体層５５、ソース電極５６及びドレイン電極５７が形成され、ｉ型半導体層５５の上であってソース電極５６とドレイン電極５７との間にはエッチングストッパ層５８が形成され、更に、ｉ型半導体層５５とドレイン電極５７との間、及びｉ型半導体層５５とソース電極５６との間にｎ型半導体層５９が形成されている。
【００３４】
基板本体５ａはガラスの他、合成樹脂等の絶縁性透明基板からなる。ゲート電極５３は導電性の金属材料からなり、図３Ａに示すように行方向に配設される走査線５ｂと一体に形成されている。ゲート絶縁膜５４は酸化シリコン（ＳｉＯｘ）や窒化シリコン（ＳｉＮｙ）等のシリコン系の絶縁膜からなり、走査線５ｂ及びゲート電極５３を覆うように基板上に形成されている。
【００３５】
以上説明の如く構成されているＴＦＴ５１の部分および走査線５ｂと信号線５ｃを覆うソース絶縁膜２０Ａが基板本体５ａ上に形成されている。
なお、本実施形態においては、スイッチング素子として逆スタガ型のＴＦＴ５１を設けたが、スイッチング素子は他の積層構造の薄膜トランジスタあるいは薄膜ダイオード素子などのスイッチング素子を用いても良い。
【００３６】
更に、先のソース絶縁膜２０Ａの上には有機材料からなる絶縁膜２０Ｂが積層され、この絶縁膜２０Ｂ上にＡｌやＡｇ等の高反射率の金属材料からなる光反射性の画素電極５２が形成されている。
光反射性の画素電極５２は、先の走査線５ｂと信号線５ｃとが囲む矩形状の領域よりも若干小さくなるような平面視矩形状になるように絶縁膜２０Ｂ上に形成され、図３Ａに示すように平面視した場合に上下左右に並ぶ画素電極５２どうしが短絡しないように所定の間隔をあけてマトリクス状に配置されている。即ち、これらの画素電極５２は、それらの端辺がそれらの下に位置する走査線５ｂ及び信号線５ｃに沿うように配置されており、走査線５ｂと信号線５ｃが区画する領域のほぼ全域を画素領域とするように形成されている。なお、これらの画素領域の集合が液晶表示パネル２での表示領域に相当する。
【００３７】
絶縁膜２０Ｂは、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテンポリマ（ＢＣＢ）等からなる有機系の絶縁膜とされており、ＴＦＴ５１の保護機能を強化するようになっている。この絶縁膜２０Ｂは、基板本体５ａ上において他の層に対して比較的厚く積層され、画素電極５２とＴＦＴ５１及び各種配線との絶縁を確実にし、画素電極５２との間に大きな寄生容量が発生するのを防止する。
【００３８】
上述の絶縁膜２０Ａ、Ｂにおいて、先の各ソース電極５６の一端部５６ａに達するようにコンタクトホール２１が形成され、このコンタクトホール２１の内部にはその上下に位置する画素電極５２とソース電極５６の一端部５６ａを電気的に接続する導電材料からなる接続部２５が形成され、ＴＦＴ５１の動作により画素電極５２に対する通電のスイッチングの切り替えができるように構成されている。
【００３９】
絶縁膜２０Ｂにおいて、走査線５ｂと信号線５ｃとが囲む矩形状の領域の中央部に位置するように平面視短冊状の窪部２２が形成され、この窪部２２は絶縁膜２０Ｂを貫通して絶縁膜２０Ａに達するように形成されている。窪部２２の平面形状は、画素電極５２の横幅の数分の１程度、画素電極５２の縦幅の５〜６割程度とすることが好ましいが、総合的には、画素電極５２との面積比が５〜９０％の範囲であることが好ましく、１０〜８０％の範囲とすればより好ましい。
【００４０】
次に、窪部２２の位置に相当する部分の画素電極５２には、窪部２２の底面に合致するような平面形状の透過部（透孔）２３が形成され、この画素電極５２の透過部２３の下側に位置する窪部２２の底面を覆うように透明電極材料からなる透明（画素）電極２４が形成され、窪部２２の内周面を覆うように延長形成された画素電極形成材料が窪部底面の透明電極２４の周縁部まで到達されて光反射性の画素電極５２に透明電極２４が電気的に接続されている。従って光反射性の画素電極５２と透明電極２４は、ＴＦＴ５１のスイッチング動作によって同時駆動されて液晶層に電界を印加して液晶の駆動を行うことができるようになっている。
従って、各画素領域において、窪部２２の形成部分が基板５の外側からの入射光（バックライト３から出射された光）を透過する光透過部３０とされており、その他の領域、即ち、画素電極５２の非透過部（透過部２３が形成されていない部分）が基板６の外側からの入射光を反射する光反射表示部３５とされている。
【００４１】
また、先の光反射性の画素電極５２の３つが、後述するカラー表示のためのほぼ１つの画素領域に対応し、透過部２３の底面積が透過表示の際の光通過領域に対応するので、先の画素電極５２の面積に占める透過部２３の面積割合を５〜９０％の範囲とすることが好ましく、１０〜８０％の範囲とすればより好ましい。更に、本実施形態では画素電極５２に透過部２３を１つのみ形成したが、画素電極５２に複数の透過部を形成しても良い。その場合には、複数の透過部を合わせた総面積を、画素電極５２の面積の５〜９０％の範囲とすることが好ましく、１０〜８０％の範囲とすればより好ましい。この場合、複数の透過部の形成位置に合わせて各透過部の下にそれぞれ窪部を設けることとなる。
【００４２】
上述のように構成された基板本体５ａ上には、更に画素電極５２及び絶縁層２０Ｂと窪部２２を覆うようにポリイミド等からなる下基板側配向膜２９ａ、２９ｂが形成されている。これらの下基板側配向膜２９ａ、２９ｂにおいて、光透過部３０、即ち、窪部２２の底部側に形成されているのが配向膜２９ａであり、画素電極５２上に形成されているのが配向膜２９ｂである。
これらの配向膜２９ａ、２９ｂには、図１Ａの矢印Ｒに示す方向（図１Ａの断面図において左向き）にラビング処理が施されて、液晶の配向容易軸の方向が矢印Ｒに示す方向とされるとともに、プレティルト角が０゜を超えて１０°以下、例えば１〜１０゜の範囲、より好ましくは５〜１０゜の範囲とされている。
【００４３】
対向側の基板６は、ガラスやプラスチック等からなる透光性の基板本体６ａの液晶層８側の面に、カラーフィルタ層６１とＩＴＯ等の透明な対向電極（共通電極）６２と上基板側配向膜６３が形成されている。なお、図１Ａに示す例では、基板本体６ａの外面側に偏光板Ｈ１、位相差板Ｈ２、Ｈ３が、必要に応じて設けられる。前記カラーフィルタ層６１は、ブラックマトリクスにより碁盤目状に区画された矩形状の領域に個々に赤色と青色と緑色の３原色のいずれかのカラー絵素が配置され、これらの矩形状の領域は先に図３Ａを元に説明した平面視矩形状の画素電極５２の形状と対応され、これら各画素電極５２が対応する領域の液晶の透過率を調節することでカラー表示ができるように構成されている。
【００４４】
配向膜６３、２９ｂの膜厚は、例えば５００〜６００Å（０.０５〜０.０６μｍ）程度とされる。
【００４５】
バックライト３は、図１Ａに示すように、液晶表示パネル２の裏面側、つまりアクティブマトリクス基板５側に配置され、図１Ｂに示すようなＬＥＤ等からなる光源３２と、平板状の透明なアクリル樹脂等からなる導光板３１とを備え、光源３２の出射光が導光板３１の端面から入射して伝搬し、導光板３１の表面から出射することによって、液晶表示パネル２を裏面側から照光ように構成されている。
図８に示す例では、導光板３１は、裏面側、つまり液晶表示パネル２とは反対側の面に形成されているプリズム形状の凹凸部等による光反射部で光路変更し、反射板３４で反射した後、導光板３１上面の表面３１ａから液晶表示パネル側に出射できるようになっている。
また、導光板３１の表面３１ａ側には、三角形状の凹凸によってプリズムをなすプリズムシート３３が配置されている。このプリズムシート３３は、入射面側、つまり導光板３１側に、屈折面３３ａと反射面３３ｂからなる突条の光屈折部が連続して複数設けられるとともに、入射面と反対側の出射面３ａが平坦面とされてなり、出射面３ａから液晶表示パネル２に対して光を出射する。
また、図９に示すように、導光板３１の裏面３１ｂ側には、三角形状の凹凸が形成されて反射面３４ａ、３４ｂを有し、導光板３１の裏面３１ｂ側から出射された光を該導光板３１へ反射する反射板３４が配置されているものでも、平行光を出射することが可能である。
バックライト３と液晶表示パネル２との間には、必要に応じて偏光板４４（図１Ａ参照）と位相差板（図示略）が配置される。
【００４６】
本実施形態の表示素子１では、バックライト３を上述の構成とすることにより、バックライト３の出射面３ａからの出射光平行化している。
バックライト３の、導光板３１の表面３１ａから出射される光の法線Ｔに対する角度αに合わせて、プリズムシート３３の屈折面３３ａの出射面３ａに対する傾斜角度θ１、及び、反射面３３ｂの出射面３ａに対する傾斜角度θ２の、２つのプリズム角度を設定することにより、バックライト３からの出射光の角度を一定にすることができる。
【００４７】
図８に示すバックライト３の、プリズムシート３３のプリズム角度の設定条件を以下に説明する。
図８Ｂに示す各々の角度β（屈折面３３ａの法線に対する入射光の角度）、γ（屈折面３３ａの法線に対する透過光の角度）、ε（法線Ｔに対する反射面３３ｂの反射光角度）、ψ（法線Ｔに対する出射面３ａからの平均出射光角度）の各角度は、プリズムシート３３の屈折率をｎとした時、以下の（２）〜（５）式で表される。
【００４８】
β＝α−θ１    ・・・（２）
【００４９】
γ＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎβ／ｎ）    ・・・（３）
【００５０】
ε＝１８０−２θ２−θ１−γ    ・・・（４）
【００５１】
ψ＝ｓｉｎ−１（ｎ＊ｓｉｎε）    ・・・（５）
【００５２】
上記各式に示した各角度の内、ψ＝ε＝０とする場合、傾斜角度θ１、θ２は以下に示す（１）式に定まる。
【００５３】
θ２＝１／２（１８０−θ１−ｓｉｎ−１（ｓｉｎ（α−θ１）／ｎ））    ・・・（１）
【００５４】
なお、上記各式における傾斜角度θは、α＝７０°の時はθ１＞３０°、α＝７５°の時はθ１＞２０°、α＝８０°の時はθ１＞１０°、α＝８５°の時はθ１＞０°の範囲内とすることが好ましい（図１２乃至１５参照）。また、傾斜角度θ２の範囲は、α、φ、θ１によって一義的に定まる。
角度ψ、εを０°とし、角度αを上記各角度の時の傾斜角度θ１を上述の範囲内とし、また、傾斜角度θ２が一義的に定まることにより、バックライト３の出射光の前記法線Ｔに対する拡散角度を±２０°、好ましくは±１０°の範囲内とし、略平行光とすることが可能とり、また、出射光の利用効率を高めることができる。
傾斜角度θ１、θ２の好ましい角度範囲の詳細については、後述の実施例において、データを用いて説明する。
【００５５】
バックライト３の裏面３１ｂ側に配置された反射板３４の、各傾斜角度の設定条件を以下に説明する。
図９Ｂに示すように、導光板３１からの出射光の法線Ｔに対する角度αと、導光板３１からの出射光が反射面３４ａで反射した時、反射光の法線Ｔに対する角度βとの関係は、底面３４ｃに対する反射面３４ａの傾斜角度θ３により、以下の（６）式で決定される。また、底面３４ｃに対する反射面３４ｂの傾斜角度θ４は、以下の（７）式を満たすことが好ましい。
【００５６】
θ３＝（α−β）／２      ・・・（６）
【００５７】
９０−α＜θ４≦９０°    ・・・（７）
【００５８】
図９Ａに示すように、導光板３１の裏面３１ｂには、光源３２の出射方向に対して滑らかに傾斜して対向した斜面部３１ｃが形成されている。
本実施形態の表示素子１では、光源３２から出射された光が、導光板３１の斜面部３１ｃから出射し、反射板３４で反射して導光板３１に対して垂直に入射及び透過して、該導光板３１の表面３１ａから出射されるように構成している。
【００５９】
角度α、βによって一義的に定まる。また、傾斜角度θ４は９０°―α≦θ４≦９０°の範囲内とすることが好ましい。
傾斜角度θ３、θ４を上述とすることにより、バックライト３の背面側から出射される光を、反射板３４によってバックライト３の方向に効率良く反射し、バックライト３の出射面３ａから出射することが可能となる。
図１７に、角度β＝０°、つまりバックライト法線に対して平行とした場合の、角度αと傾斜角度θ３の関係を示すが、角度αが大きくなるほど、傾斜角度θ３は大きくなり、前記（７）式で表される傾斜角度θ４の好ましい角度範囲は広くなる。
【００６０】
また、上述の（２）〜（５）の各式を用いて傾斜角度θ１、θ２を設定することにより、バックライト３の出射面３ａから出射される光の、法線Ｔに対する平均出射光角度ψを適宜設定することが可能となる。
【００６１】
図１０に示すグラフは、図８に示すようなバックライトの、輝度角度分布の測定結果を示すものである。
ここで用いたバックライトは、導光板３１から出射される光の法線Ｔに対する角度αが７５°であり、プリズムシート３３の屈折率ｎが１．４９となっている。そして、このバックライトは、法線Ｔに対する反射面３３ｂの反射光角度ε、及び法線Ｔに対する出射面３ａからの平均出射光角度ψを０°とされた光が出射面３ａから出射するように、（１）式を用いて、プリズムシート３３の各プリズムの傾斜角度を、θ１＝５０°、θ２＝５６．８°として設定したものである。
図１０のグラフに示すように、本例で説明するバックライトは、法線Ｔに対して０°の角度での輝度が約１０００（ｃｄ／ｍ２）でピークとなっており、また、法線Ｔを中心として−１０°及び１０°の角度における輝度が約３５０ｃｄ／ｍ２であり、また、−２０°及び２０°の角度における輝度が約１００ｃｄ／ｍ２であり、この角度範囲において、輝度が１００ｃｄ／ｍ２以上と高い数値を示している。
これに対し、法線Ｔを中心として−２５°及び２５°の角度における輝度は約３０ｃｄ／ｍ２となっており、±２０°の角度範囲における輝度と比べて低くなっている。
この輝度角度分布グラフから、本実施形態で用いられるバックライトは、最も高い輝度が得られる角度範囲が、法線Ｔを中心とした概ね±２０°の範囲、より好ましくは±１０°の範囲となっており、高い平行度を有する光を出射できる構成となっていることが明らかである。
なお、図９に示すような、導光板３１の裏側にプリズム状の反射板３４が配置されたバックライトを用いた場合であっても、上述のような平行光が得られることは言うまでも無い。
【００６２】
本実施形態の表示素子１では、バックライトを上述の構成とし、また、バックライト出射光の出射角度ψを、±２０°の範囲、より好ましくは±１０°の範囲とすることにより、出射光が、後述するマイクロレンズアレイ４の各マイクロレンズによって効率良く集光され、表示素子１の輝度を高めることができる。
【００６３】
マイクロレンズアレイ４は、液晶表示パネル２とバックライト３との間に配置され、バックライト３の出射光を集光して、液晶表示パネル２の透明電極（光透過表示部）２４に入射させるようになっている。
図４Ａに示すように、本実施形態では、マイクロレンズアレイ４の各マイクロレンズは、レンズ軸Ｒが、透明電極２４の中央部の法線Ｓに対して平行にオフセットするようにして、オフセット寸法Ｌだけ、ずらして配置されている。
【００６４】
マイクロレンズアレイ４は、図２Ａ、Ｃに示すように、ＴＦＴ５１が実装された基板本体５ａの裏面側（偏光板４４）やバックライト３の導光板３１の表面に形成するか、又は、図２Ｃに示すように、基板本体５ａと導光板３１間に挿入しても良く、形成位置を適宜選択して配置できる。
【００６５】
マイクロレンズアレイのレンズ形状は、図２に示したものには限定されない。
図３Ｂ〜Ｅの断面図は、図３Ａに示した画素電極５２と各レンズとの対応関係を示している。
マイクロレンズアレイの形状は、図３Ｅの断面Ｂ−Ｂに示すような凸レンズ状のマイクロレンズアレイ４の他、例えば、図３Ｂの断面Ａ−Ａ及び図３Ｃの断面Ｂ-Ｂに示す形状を併せて有する凹レンズ状のマイクロレンズアレイ４ａであっても良い。
また、マイクロレンズアレイの形状は、図３Ａに示した各々の画素電極５２に対応した複数のレンズを有するものでも良いし、又は、図３Ｂの断面Ａ-Ａ及び図３Ｄの断面Ｂ−Ｂに示す形状を併せて有し、画素電極５２の長手方向のみ集光するレンズを並べたレンチキュラーレンズからなるマイクロレンズアレイ４ｂであっても良い。
また、各画素に集光するように設けられた、フレネルレンズや屈折率分布ガラスを用いたものであっても良い。
【００６６】
マイクロレンズアレイ４の材質としては、基板本体５ａにＴＦＴ５１を形成する前に、基板本体５ａの裏面側にマイクロレンズアレイ４を形成する場合、ＴＦＴ５１の成膜及び加工の際に形状変化を生じない材質を選択、採用することが好ましい。
基板本体５ａにマイクロレンズアレイ４を形成する際、基板本体５ａ裏側（バックライト３側）に偏光板を貼る場合は、接着剤の屈折率が出来る限り１に近いものを選択することが好ましい。これにより、レンズ屈折が小さくなり、焦点距離が長くなる。
なお、基板本体５ａの裏側に、画素電極５２に対応した屈折率分布ガラスを作製した後、反対側の面にＴＦＴ５１を設けても良い。
基板本体５ａにＴＦＴ５１を形成した後に、基板本体５ａ裏面側にレンズを形成する場合、スピンコートやｗｅｔ現像等の加工によって配向膜が劣化しないよう注意する必要がある。
【００６７】
図２Ａに示すように、マイクロレンズアレイ４を、液晶表示パネル２の裏側、つまり基板本体５ａの裏側に形成する際は、透明電極２４との間で近距離となる直下を避けて配置するのが好ましい。これにより、マイクロレンズアレイ４による集光が長焦点となり、振幅の小さなレンズが使用可能となるとともに、マイクロレンズアレイ４を平坦化する工程が不要となる。
マイクロレンズアレイ４を透明電極２４の近距離直下に配置した場合、短焦点の集光となるために振幅が大きく形成が難しいマイクロレンズアレイが必要となること、マイクロレンズアレイの平坦化工程が必要となること（平坦膜は１０μｍ以上の厚膜が必要）、平坦樹脂膜は２００℃以上の高耐熱と１．３以下の低屈折率が必要となり材料が限定されること、平坦膜上に金属配線やＴＦＴ５１を形成すると信頼性及び歩留まりが低下する等の虞があるためである。
【００６８】
本実施形態の表示素子１では、マイクロレンズアレイ４を上述の構成とすることにより、バックライト３の出射光を傾斜させてマイクロレンズアレイ４の各マイクロレンズに入射した際にも、効率良く透明電極２４の中央部へ集光することができる。
図４Ａに示すように、例えば、バックライトから出射されてマイクロレンズアレイ４の各マイクロレンズに入射する光の角度が平行ではなく、拡散した角度で入射する場合であっても、図４Ｂに示すようなマイクロレンズアレイ４の屈折、集光作用によって、透明電極２４の中央部へ光を無駄なく集光することができる。
【００６９】
また、本実施形態の表示素子１では、バックライト３を前述した構成とすることにより、バックライトの出射光を、指向性を有する光とし、バックライト出射面の法線に対する光の拡散角度を±２０°の範囲、好ましくは±１０°の範囲（図１０参照）として出射する構成とすれば、マイクロレンズアレイ４で集光されたバックライトの出射光を、より効率良く透明電極２４の中央部に透過させることができる。
図４Ａに示す例のように、バックライト３の出射面３ａの法線Ｔに対し、出射光の角度ψが±１０°の範囲であれば、オフセット配置されたマイクロレンズアレイ４の各マイクロレンズは、透明電極２４の中央部に対して効率良く集光することができる。
バックライトの出射光の、バックライト出射面の法線に対する角度ψが±１０°を超える大きな角度となった場合、透明電極２４中央部への集光効率が低下し、表示素子の輝度が低下する虞がある。また、出射光を透明電極２４に効率良く照射するためには、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズのオフセット量を大きくする必要があり、表示素子の製造コストが上昇する虞がある。
【００７０】
また、本実施形態の表示素子１では、上述したオフセット寸法Ｌを適宜設定することにより、マイクロレンズアレイ４によって集光されたバックライトの出射光が透明電極２４を透過して液晶表示パネル２の表示面２ａから出射される際の、透明電極２４の法線Ｓ又は表示面２ａの法線Ｕに対する出射光の角度Ｅを−１０°以上３０°以下の範囲内となるように構成すれば、以下に説明する理由により、表示素子１を携帯電話等のモバイル機器（電子機器）９の表示部として用いた場合に、使用者がモバイル機器９の表示面（つまり、表示素子の表示面）を観察する視認性が大きく向上する。
図５Ｂに示す例のように、本実施形態の表示素子を表示部に用いたモバイル機器９を使用者が手に持って使用する際、使用者がモバイル機器９の表示部（表示素子）を観察する角度は、主として、表示部（表示素子）表面の法線Ｕより略下方（図５Ｂの矢印Ａ方向）、詳細には法線Ｕに対して−１０°以上３０°以下の範囲内（観察角度Ｆ）に限定されることが経験的に知られている。
本実施形態の表示素子１では、透明電極２４又は液晶表示パネル２の表示面２ａの法線Ｕに対する出射光の角度Ｅの範囲を、上述した使用者の観察角度Ｆの範囲と一致させ、−１０°以上３０°以下の範囲（つまり、４０°の範囲）としている。これにより、表示素子１をモバイル機器９の表示部に用いた場合に、使用者の観察角度Ｆと表示面２ａから出射される光の角度が一致し、使用者は、モバイル機器９の表示部（表示素子）を、最も輝度の高い角度及び方向で観察することが可能となる。
【００７１】
なお、図４Ａに示す例では、説明の都合上、液晶表示パネル２に厚みを持たせ、透明電極２４と表示面２ａとのに距離を有した図としているが、実際に表示素子に用いられる液晶表示パネルの厚さ寸法は、１〜２．２ｍｍ程度であり、非常に薄型となっている。このため、図示例においては、透明電極２４の法線Ｓに対するマイクロレンズアレイ４で集光された光の角度を上述の角度Ｅとして説明しているが、本実施形態の表示素子１では、表示面２ａの法線Ｕに対する光の角度を角度Ｅとしても、使用者側からの観察角度の変化は僅かであり、実質的にほぼ同一の角度となる。このため、上述の角度Ｅは、透明電極２４及び表示面２ａの何れを基準としても良い。
【００７２】
以下に、本実施形態の表示素子１に用いられるマイクロレンズアレイを、液晶表示パネル２の裏面側（バックライト３側）に設けられた下偏光板の表面に設置する方法の一例について、図６、図７を用いて説明する。
マイクロレンズフィルムを、液晶表示パネル２に貼り付けられた偏光板４４上に直接形成する場合は、図６Ａに示すように、まず偏光板４４上にレンズ樹脂材料４０を塗布してプリベークを行う。次に、図６Ｂに示すように、転写型４５を用いてレンズ樹脂材料４０を、液晶表示パネル２の画素電極５２（図１Ａ参照）にアライメントしながら、レンズ形状に転写成形した後、マスク露光及びベークを施す。これにより、マイクロレンズアレイ４１が形成され、図６Ｃに示すように、マイクロレンズアレイ４２をバックライト３側に向けてモジュール組み込みを行う。
マイクロレンズフィルムを、偏光板上に形成した後に該偏光板を液晶表示パネル２に貼り付ける場合は、図７Ａに示すように、偏光板４４上にレンズ樹脂材料４０を塗布してプリベークを行う。次に、図７Ｂに示すように、転写型４５を用いてレンズ樹脂材料４０をレンズ形状に転写成形した後、マスク露光及びベークを施す。図７Ｂ、Ｄに示すように、表面にマイクロレンズアレイ４３が形成された偏光板４４を必要なサイズにカットした後、液晶表示パネル２に、画素電極５２（図１Ａ、図３Ａ参照）にアライメントしながら貼合せる。
なお、レンズ樹脂材料としては、ポリシラン樹脂等の感光性屈折率変化材料を用いることが好ましい。
また、上記作製過程におけるベーク温度は、偏光板４４の劣化温度以下とすることが好ましい。
また、マイクロレンズアレイの設置の際は、偏光板等のレンズ形成箇所に対し、透明樹脂をインクジェット塗布することによって、マイクロレンズフィルムを形成する方法を用いても良い。
【００７３】
図２Ｂに示す例のように、マイクロレンズアレイを、液晶表示パネル２とバックライト３の間に挿入配置する場合は、樹脂等の透明な耐熱板（図示略）上にレンズ樹脂材料を塗布して、レンズ形状に転写成形した後、マスク露光及びベークを施す。そして、液晶表示パネル２（偏光板４４）とバックライト３の間に、レンズと画素電極５２（図１Ａ、図３Ａ参照）をアライメントして、マイクロレンズアレイが形成された耐熱板をシャーシやケース等で固定する。この場合のマイクロレンズアレイの作成方法としては、図７を用いて説明した方法を用いることができるが、マイクロレンズアレイを液晶表示パネル２とバックライト３との間に挿入配置する方法は上述に限定されず、適宜決定すれば良い。
【００７４】
図２Ｃに示す例のように、マイクロレンズアレイを、バックライト３の上面に設置する場合は、バックライト３上面側に設けられたプリズムシート３３（図８参照）上に、レンズフィルム又はレンズ板からなるマイクロレンズアレイを設置し、液晶表示パネル２の画素電極５２（図１Ａ参照）に対して、バックライト３と共にアライメントして、モジュール組付けを行えば良い。
【００７５】
以上、説明したように、本実施形態の表示装置１によれば、液晶表示パネル２とバックライト３との間に、マイクロレンズアレイ４が、各マイクロレンズと液晶表示パネル２の画素電極５２とが対応配置するように設けられ、前記マイクロレンズの各々のレンズ軸Ｒが、透明電極２４中央部の法線Ｓに対して、オフセット寸法Ｌだけ、平行にオフセットするように配置されており、液晶表示パネル２の画素内に設けられた透明電極２４の中央部を集光点として、バックライト３からの出射光をマイクロレンズで集光するように構成している。
これにより、マイクロレンズで集光されたバックライト３の出射光を、透明電極２４、又は液晶表示パネル２の表示面２ａの法線に対して所定の角度を有した、指向性を持った光として、液晶表示パネル２を透過させることができる。
従って、バックライト出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができ、また、モバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。
【００７６】
以下に、本発明に係る表示素子の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
以下の説明において、第１の実施形態の表示素子１との共通部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
図５Ａに示すように、本実施形態の表示素子１１は、マイクロレンズアレイ４１の各マイクロレンズを、該マイクロレンズのレンズ軸Ｒが、透明電極２４の中心部の法線Ｓに対して、オフセット角度Ｄだけ傾斜するように配置している。
図示例のように、バックライトの出射光が、液晶表示パネルに対して平行（０°）ではなく、例えば１０°の角度で傾いて出射されている場合であっても、図４Ｂに示すような、傾斜配置されたマイクロレンズアレイ４１による屈折、集光作用によって、透明電極２４の中央部へ向けて、光を無駄なく集光することができる。
また、マイクロレンズアレイ４１の各マイクロレンズのレンズ軸Ｒの、前記法線Ｓに対するオフセット角度Ｄを適宜設定することにより、透明電極２４を透過して、液晶表示パネル２の表示面２ａから出射される光の、表示面２ａの法線Ｕに対する出射角度を設定することでき、表示素子１１、ひいては該表示素子１１が用いられるモバイル機器９等の表示部の輝度及び視認性を向上させることが可能となる。
【実施例】
【００７７】
以下に、本発明に係る表示装置の実施例について説明する。
【００７８】
半透過型ＴＦＴ液晶表示素子のＴＦＴ基板本体裏面に、集光手段として厚さ０．１ｍｍのマイクロレンズアレイを使用して、該マイクロレンズアレイを画素電極とアライメントして接着剤で貼り合せ、図１Ａに示すような液晶表示パネル２を作製し、更に、図８に示すように、バックライトの導光板の上面側（液晶表示パネル側）にプリズムシートを配置して表示素子を作製した。
バックライトからの出射光を、図８に示す例と同様に、光源の位置と逆方向（図８Ａ、Ｂの右側）へ傾斜させ、平均出射光角度ψが法線Ｔから３０°の角度で傾斜するよう、プリズムシートの傾斜角度θ１、θ２を設定した。
半透過型ＴＦＴ液晶表示素子として、画素電極に対する透明電極の開口率が、面積比で３０％となっており、画素電極の寸法が縦１８０μｍ×横６０μｍ、透明電極の寸法が縦３６μｍ×横４０μｍとなっているものを用いた。
バックライトとして、図８に示すような、導光板の表面側にプリズムシートが配置されたものを用いた。また、バックライトの導光板表面からの、法線に対する光の出射角度αは７５°であり、前記プリズムシートの屈折率ｎは１．４９であった。そして、図８Ｂに示すプリズムシートの各プリズムの傾斜角度を、前記（１）式を用いて、θ１＝５０°、θ２＝５６．８°として構成することにより、バックライト出射面からの拡散角度が０°となるような設定として用いた。
また、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズを、レンズ軸が透明電極中央部の法線に対し、表示素子の表示面上方向（図４Ａの左方向、図８Ａのバックライトの図で左方向）に５５０×ｔａｎψμｍずらしてオフセット配置し、本発明に係る表示素子（実施例）を得た。
なお、マイクロレンズアレイによって液晶表示パネルの透明電極に集光されて透過する光の傾斜方向も、上述のバックライト出射光の出射方向と同様に、光源の位置と逆方向（図８Ａ、Ｂの右側、図４Ａの右側）とした。
【００７９】
また、半透過型ＴＦＴ液晶表示素子のＴＦＴ基板本体裏面に、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズを、レンズ軸と透明電極中央部の法線とを一致させてオフセットせずに配置するとともに、バックライトの導光板上にはプリズムシートを配置しない点を除き、上述と同様にして、従来の表示素子（比較例）を得た。
【００８０】
上述の各サンプル（実施例、比較例）を用いて、表示素子の表示面法線に対する各角度における光透過率（％）を測定した。
図１１に、表示素子の表示面法線（視角０°）に対する視角（使用者の観察角度Ｆ）と、バックライト出射光の液晶表示パネルに対する透過率との関係を示す。
【００８１】
図１１Ａのグラフ、及び図１１Ｂのデータ一覧に示すように、本発明に係る表示素子では、視角が、表示素子の表示面法線（視角０°）に対し、下側１０°付近において透過率が約１００％とピークに達しており、上側１０°〜下側３０°の範囲において観察可能な高い透過率を示している。
これに対し、従来の表示素子では、視角が、表示素子の表示面法線（０°）で透過率が約５０％でピークとなる、法線を中心として概ね±２０％の範囲で観察可能な透過率を示す山形グラフとなっている。
上述のデータより、本発明に係る表示装置では、バックライトの導光板から出射される光をプリズムシートで平行化し、上述のようにオフセット配置したマイクロレンズアレイを用いて透明電極中央部に集光して液晶表示パネルに透過することにより、使用者が、モバイル機器等に用いられる表示素子を観察する際の観察角度と一致した角度で、表示素子の表示面から光を出射させることができることが明らかである。
これにより、本発明に係る表示素子を、使用者が、最も高い輝度及び視認性で観察することができることが実証された。
【００８２】
図１２乃至１５に、プリズムシートの傾斜角度θ１、θ２とバックライト出射光角度との関係を測定したデータを示す。また、図１６Ｂに、図１２乃至１５のデータをプロットしたグラフを示す。
図１６Ａに示す光の届く高さＨとプリズム高さｈの関係が、Ｈ＜ｈの関係であれば光の利用効率が良くなる。このため、θ１、θ２の角度は、前記Ｈ＜ｈの条件を満たす範囲であることが好ましい。
図８Ｂ及び図１６Ａに示す各角度及び寸法の関係は、以下の式で表される。
【００８３】
ｄ＝ｐ＊ｔａｎθ１／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
【００８４】
Ｈ≒（ｐ＋ｄ）／ｔａｎα
【００８５】
ｈ＝ｄ＊ｔａｎθ２
【００８６】
図１２乃至１５、及び図１６Ｂに示すように、傾斜角度θ１は、α＝７０°の時はθ１＞３０°、α＝７５°の時はθ１＞２０°、α＝８０°の時はθ１＞１０°、α＝８５°の時はθ１＞０°の範囲内とすることが好ましい。傾斜角度θ２の範囲は、α、φ、θ１によって一義的に定まる。
角度αが上記各角度の時の傾斜角度θ１を上述の範囲内とし、傾斜角度θ２が一義的に定まることにより、光の届く高さＨとプリズム高さｈの関係がＨ＜ｈの条件を満たし、出射光の利用効率を高めることができる。また、バックライトの出射光の前記法線Ｔに対する角度を最小角度にすることができ、該角度を±２０°、好ましくは±１０°の範囲とすることが可能となることが明らかである。  
なお、Ｈ＞ｈとした場合には、プリズムシートに入射される光の一部がθ２側の面に当たらなくなり、光の利用効率が低下する。従って、Ｈ＜ｈとなることが好ましい。
【００８７】
［作製例１］
液晶表示素子を透過型ＴＦＴ液晶表示素子とした点を除き、実施例と同様にして、マイクロレンズアレイをオフセット配置し、バックライト導光板上にプリズムシートを配置して、本発明に係る表示素子を得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、図１１に示すような、実施例と同様の光透過特性が得られた。
【００８８】
［作製例２］
液晶表示素子を半透過型ＳＴＮ液晶表示装置とした点を除き、実施例と同様にして、マイクロレンズアレイをオフセット配置し、バックライト導光板表面にプリズムシートを配置して、本発明に係る表示素子を得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、図１１に示すような、実施例と同様の光透過特性が得られた。
【００８９】
［作製例３］
マイクロレンズアレイを、半透過型ＴＦＴ液晶表示素子のバックライト上に貼り付け、液晶表示ユニットとバックライトとをアライメントしてシャーシで固定した点を除き、実施例と同様にして、マイクロレンズアレイをオフセット配置し、本発明に係る表示素子を得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、図１１に示すような実施例と同様の光透過特性が得られた。
【００９０】
［作製例４］
バックライト導光板裏側にプリズム反射鏡を配置した点を除き、実施例と同様にして、マイクロレンズアレイをオフセット配置し、本発明に係る表示素子を得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、図１１に示すような、実施例と同様の光透過特性が得られた。
【００９１】
［作製例５］
半透過型ＴＦＴ液晶表示素子のＴＦＴ基板本体裏面に、集光手段としてレンチキュラーレンズ及び屈折率分布ガラス用いた点を除き、実施例と同様にして各集光手段をオフセット配置して、本発明に係る表示素子を、それぞれ得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、各サンプルとも、図１１に示すような、実施例のサンプルと同様の集光効果が得られた。
【００９２】
［作製例６］
半透過型ＴＦＴ液晶表示素子の、他方の基板のバックライト側の基板面にポリシラン樹脂を膜厚２０μｍで塗布し、液晶層面マークにアライメントしながら、紫外線を６Ｊ／ｃｍ２で照射してマスク露光を行うことにより、微細凹凸レンズを透明電極に対してオフセットした位置で形成した後、２００℃の温度でベークし、カット処理の後、液晶を注入して本発明に係る表示素子を得た。
また、液晶表示素子に、半透過型ＳＴＮ液晶表示素子、及び、透過型ＴＦＴ液晶表示素子を用いて、上述と同様に本発明に係る表示素子を作製した。
実施例と同様の測定を行ったところ、各サンプルとも、図１１に示すような、実施例のサンプルと同様の集光効果が得られた。
【００９３】
［作製例７］
半透過型ＴＦＴ液晶表示素子の、他方の基板のバックライト側の基板面にポリシラン樹脂を膜厚２０μｍで塗布し、液晶層面マークにアライメントしながら、紫外線を６Ｊ／ｃｍ２で照射してグレースケールマスク露光を行うことにより、微細凹凸レンズを透明電極に対してオフセットした位置で形成した後、２００℃の温度でベークし、カット処理の後、液晶を注入して本発明に係る表示素子を作製した。
また、液晶表示素子として半透過型ＳＴＮ液晶表示素子、及び、透過型ＴＦＴ液晶表示素子を用いて、上述と同様に本発明に係る表示素子を作製した。
実施例と同様の測定を行ったところ、各サンプルとも、図１１に示すような、実施例のサンプルと同様の集光効果が得られた。
【００９４】
［作製例８］
半透過型ＴＦＴ液晶表示素子の、他方の基板のバックライト側の面に、透明樹脂を、液晶層面マークにアライメントしながらインクジェット塗布することにより、微細凹凸レンズを透明電極に対してオフセットした位置で形成した後、２００℃の温度でベークし、カット処理の後、液晶を注入して本発明に係る表示素子を作製した。
また、液晶表示素子として半透過型ＳＴＮ液晶表示素子、及び、透過型ＴＦＴ液晶表示素子を用いて、上述と同様に本発明に係る表示素子を作製した。
実施例と同様の測定を行ったところ、各サンプルとも、図１１に示すような、実施例のサンプルと同様の集光効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の表示素子の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の表示素子の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の表示素子の一例を示す概略図であり、Ａは平面図、Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図、Ｃ〜Ｅは図３ＡのＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ断面図である。
【図４】本発明の表示素子の一例を示す図であり、Ａは要部拡大図、Ｂはレンズ特性を説明する概略図である。
【図５】本発明の表示素子の一例を示す図であり、Ａは要部拡大図、Ｂは表示素子を使用者が観察する際の角度を説明する概略図である。
【図６】本発明の表示素子の一例を示す図であり、マイクロレンズアレイを形成して表示素子を製造する過程を説明する図である。
【図７】本発明の表示素子の一例を示す図であり、マイクロレンズアレイを形成して表示素子を製造する過程を説明する図である。
【図８】本発明の表示素子の一例を示す概略図である。
【図９】本発明の表示素子の一例を示す図であり、バックライトの構成を説明する概略図である。
【図１０】本発明の表示素子の一例を示す図であり、バックライトの輝度分布角度を説明するグラフである。
【図１１】本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、Ａは透過率のグラフ、Ｂは透過率データの一覧である。
【図１２】本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
【図１３】本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
【図１４】本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
【図１５】本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
【図１６】本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
【図１７】本発明の表示素子の一例を説明する図であり、バックライト反射板の角度と反射光の角度との関係を示す。
【符号の説明】
【００９６】
１…表示素子、２…液晶表示パネル、５…アクティブマトリックス基板（下基板：他方の基板）、５２…画素電極、６…基板（上基板：一方の基板）、６２…対向電極（共通電極）、６３…上基板側配向膜、３…バックライト、３ａ…出射面、３１…導光板、３１a…表面、３２…光源、３３…プリズムシート、３４…反射板、４、４ａ、４ｂ、４１、４２、４３…マイクロレンズアレイ、８…液晶層、９…モバイル機器（電子機器）、２３…透過部、２４…透明電極、２９ａ、２９ｂ…下基板側配向膜、３０…光透過部、３５…光反射表示部、Ｒ…レンズ軸、Ｓ、Ｔ、Ｕ…法線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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